(57)【要約】  この石炭乾留ガス熱間処理設備は、複数の石炭乾留装置から抽気した石炭乾留ガスを７００℃以上かつ１２００℃以下の流入温度で熱間処理することで、炭素含有固形物を乾留する設備であって、前記石炭乾留装置毎に設けられた抽気管と；これら抽気管のそれぞれに設けられた逆止弁と；前記各抽気管が接続された集合管と；この集合管に接続された石炭乾留ガス処理装置と；を備え、前記各抽気管、前記各逆止弁、前記集合管、及び前記石炭乾留ガス処理装置が、７００℃以上かつ１２００℃以下の加熱雰囲気内に設けられ；前記各石炭乾留装置、前記各抽気管、前記各逆止弁、前記集合管、そして前記石炭乾留ガス処理装置の順で、前記石炭乾留ガスが流される。
2011125696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の石炭乾留装置から抽気した石炭乾留ガスを７００℃以上かつ１２００℃以下の流入温度で熱間処理することで、炭素含有固形物を乾留する設備であって、
前記石炭乾留装置毎に設けられた抽気管と；
これら抽気管のそれぞれに設けられた逆止弁と；
前記各抽気管が接続された集合管と；
この集合管に接続された石炭乾留ガス処理装置と；
を備え、
前記各抽気管、前記各逆止弁、前記集合管、及び前記石炭乾留ガス処理装置が、７００℃以上かつ１２００℃以下の加熱雰囲気内に設けられ；
前記各石炭乾留装置、前記各抽気管、前記各逆止弁、前記集合管、そして前記石炭乾留ガス処理装置の順で、前記石炭乾留ガスが流される；
ことを特徴とする石炭乾留ガス熱間処理設備。
【請求項２】
複数のコークス炉窯から抽気したコークス炉ガスを７００℃以上かつ１２００℃以下の流入温度で熱間処理する設備であって、
前記コークス炉窯毎に設けられた抽気管と；
これら抽気管のそれぞれに設けられた逆止弁と；
前記各抽気管が接続された集合管と；
この集合管に接続されたコークス炉ガス処理装置と；
を備え、
前記各抽気管、前記各逆止弁、前記集合管、及び前記コークス炉ガス処理装置が、７００℃以上かつ１２００℃以下の加熱雰囲気内に設けられ；
前記各コークス炉窯、前記各抽気管、前記各逆止弁、前記集合管、そして前記コークス炉ガス処理装置の順で、前記コークス炉ガスが流される；
ことを特徴とするコークス炉ガス熱間処理設備。
【請求項３】
前記各コークス炉窯から前記各逆止弁の入口までの間にそれぞれ設けられ、前記各コークス炉窯内における第１の圧力を測定する炉内圧力計と；
前記各逆止弁の出口から前記集合管までの間に設けられ、前記集合管内における第２の圧力を測定する集合管圧力計と；
前記第１の圧力及び前記第２の圧力の差圧を算出して前記各抽気管における逆流の発生を検知すると共に、前記各抽気管のうち、前記コークス炉ガスの逆流が発生している抽気管が有る場合に、この抽気管に設けられている前記逆止弁を閉じる逆止弁制御装置と；
をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のコークス炉ガス熱間処理設備。
【請求項４】
前記各逆止弁のそれぞれが、
弁箱と；
この弁箱内の底部に設けられ、常温から９００℃までの温度範囲で耐熱性を有する封止材と；
前記弁箱の内部でかつ前記封止材の表面よりも上方の内部空間で開口するように、前記弁箱及び前記封止材を貫通するとともに、前記各コークス炉窯からの前記コークス炉ガスが流れ込むガス流入管と；
前記内部空間で開口するとともに、前記内部空間から前記集合管を介して前記コークス炉ガス処理装置に向かって前記コークス炉ガスを排出するガス流出管と；
前記ガス流入管の開口を覆った状態で少なくともその開口部が前記封止材内に埋没する閉止位置と、前記封止材より前記開口部が取り出された開放位置との間で移動自在に配置された弁体と；
この弁体を、前記閉止位置と前記開放位置との間で移動させる弁体移動装置と；
を備えることを特徴とする請求項３に記載のコークス炉ガス熱間処理設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭乾留装置から抽気した高温の石炭乾留ガスを熱間で処理する石炭乾留ガス熱間処理設備に関する。より詳しく言うと、本発明は、この石炭乾留ガス熱間処理設備の中でも、コークス炉窯から抽気した高温のコークス炉ガスを熱間で処理するコークス炉ガス熱間処理設備に関する。
本願は、２０１０年０３月３１日に、日本国に出願された特願２０１０−０８２２９４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
例えば製鉄用のコークス炉では、石炭の乾留時に発生するコークス炉ガス（Coke Oven Gas。以下、「ＣＯＧ」と称する）を集合管で回収して燃料に使用している。発生するＣＯＧは、１２００℃程度まで達する高温状態にあるので、ガスの顕熱を回収する、又は、その高温を利用してガスの改質を図る等の利用が可能である。以下、このような高温ＣＯＧを処理する装置を、高温コークス炉ガス処理設備と呼ぶ。例えば、特許文献４には、高温ＣＯＧの改質を行うガス改質装置が開示されている。また、特許文献５には、ＣＯＧの顕熱回収装置が開示されている。【０００３】
コークス炉においては、個々のコークス炉窯でバッチ式に石炭の乾留を行うため、一般的には乾留初期に多量のＣＯＧが発生する。続いて、ＣＯＧは、その発生量が徐々に低下し、それに伴ってその成分も変化するという非定常なパターンで発生する。そのため、互いに隣接する多数のコークス炉窯を、それらの乾留開始時刻を互いにずらすことが行われている。これにより、コークス炉窯全体として平均化した場合にＣＯＧの発生量が時間的に平準化できる。高温コークス炉ガス処理設備において、流入するガス量や成分が大きく変動すると、処理上の大きな阻害要因となり得る。よって、可能な限り、多数のコークス炉窯から抽気したＣＯＧを混合することで、その発生量及び成分の変動を少なくするニーズがある。【０００４】
特許文献２には、複数のコークス炉窯のそれぞれに対して抽気管及び遮断弁を設けて、これらを集合管に接続してＣＯＧを集めるＣＯＧ処理装置（熱回収装置）が提案されている。
従来のコークス炉の一例を、図１を用いて説明する。同図に示すように、本例のコークス炉に備えられている複数のコークス炉窯２１には、上昇管２５と、この上昇管２５に接続された水封弁２２及びスプレー装置２３とが、それぞれ設けられている。そして、全ての上昇管２５を通して抽気されたＣＯＧは、集合管であるドライメーン２４に集められた後、図示しないＣＯＧ処理装置へと送られる。水封弁２２とスプレー装置２３は、通常、一体構造のものが使用される。各水封弁２２は、各コークス炉窯２１とドライメーン２４との間におけるＣＯＧの流通を必要に応じて阻止する。各スプレー装置２３は、ＣＯＧの冷却と、各コークス炉窯２１内の圧力調整とを行う。【０００５】
前述の特許文献２の装置では、図２に示すように、図１に示した従来のコークス炉窯２１に対して抽気管２６及び遮断弁３７を設け、これらを介して各コークス炉窯２１よりＣＯＧを抽気して集合管２８に集めている。さらに、この集められたＣＯＧは、集合管２８の下流にあるＣＯＧ処理装置２９へと供給される。
尚、「石炭乾留ガス」とは、石炭または石炭由来の原料を乾留して発生するタール蒸気およびその他の可燃性ガスを含む混合ガスのことであり、ＣＯＧ、キルン等の連続または半連続式加熱炉で石炭を乾留したガスや、ピッチ等のコーキングガスを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】日本国特開２００４−１０７４６６号公報
【特許文献２】日本国実公昭６２−３９０７７号公報
【特許文献３】日本国実開昭５８−７８４７号公報
【特許文献４】日本国特開２００３−５５６７１号公報
【特許文献５】日本国特開昭６３−３０８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、この図２に示す従来技術には、以下の問題があった。
第１の問題は、各コークス炉窯２１から抽気した高温ＣＯＧ（以下、「ウェットＣＯＧ」と称する）に接する、遮断弁３７を含む管路内に、大量の付着物が生じるという問題である。具体的には、ウェットＣＯＧ中には高沸点ガスであるタールが含有されているため、７００℃未満にウェットＣＯＧの温度が低下すると、タールが凝縮する。一旦凝縮した後のタールは性質が変化しており、再度加熱しても容易には蒸発しない場合が多い。また、ウェットＣＯＧ中にメタン等の炭化水素の形で含有されていた炭素が、７００℃以上の高温で分解して固体の炭素（煤）として析出する（この現象を「コーキング」と称する）。一旦析出した固体炭素は、互いに強固に結合しているため、その温度を再度低下させても容易には炭化水素化しない。【０００８】
従来技術においては、ウェットＣＯＧを流通させると、これに含まれるタールや固体炭素が、管路系設備（管路、弁、送風機等）中の接触面に多量に付着するため、管路系設備の操作が困難となる場合がある。このような事情があるため、従来では、各コークス炉窯２１で発生したウェットＣＯＧは、各上昇管２５から排出されると直ちに水冷されて常温化されていた。この際、タールは凝縮してウェットＣＯＧから分離されて冷却水中に混和して除去されるので、常温のウェットＣＯＧ中の低沸点ガス（以下、「ドライＣＯＧ」と称する）のみが燃料として回収される。このドライＣＯＧを流通させる際に、特段の問題は生じないので、一般的な産業用の管路系設備を適用することができる。よって、管路内のガス流れを自由に制御できる。【０００９】
一方、各上昇管２５の内面は、タールが除去されていないウェットＣＯＧと接触せざるを得ないので、これら上昇管２５の内面へのコーキングは避けられない。また、ウェットＣＯＧは、一連の石炭乾留作業のプロセスにおいて低温化する場合がある。この場合、ウェットＣＯＧ中のタールの凝縮物が各上昇管２５の内面に付着して強固な固着層を形成することもある。これらの付着物は、操業を継続すると増え続けて各上昇管２５の管路を閉塞させるので、一定短周期毎、例えば、毎日、上昇管２５の内面に付着した炭素を焼き取る作業を必要とする。このような、上昇管２５で生じるタール付着やコーキングの問題は、上昇管２５に限らず、ウェットＣＯＧを流通させる管路系全体で起こりえる問題である。【００１０】
また、ウェットＣＯＧ中には、粉石炭に由来する、直径数μｍから数ｍｍ程度の煤塵が、例えば１ｇ／ｍ３以上といった高濃度で浮遊している。このため、ウェットＣＯＧをシールするために精緻なメカニカルシールを採用したとしても、前記煤塵がメカニカルシールのシール部に容易に噛みこんでシール性を極端に悪化させる問題がある。【００１１】
このため、従来技術においては、タール付着やコーキング、さらにはガス中の煤塵に起因する問題が有るため、ウェットＣＯＧの顕熱は殆ど利用されることなく、速やかに水冷されていた。例えば特許文献１に示すような、上昇管２５とドラインメーン２４との間に流量調整弁を設置する方法においては、流量調整弁を流通するウェットＣＯＧが、スプレー水の散布によって既に低温化されたものであり、また、流量調整弁単独ではガスの流通を遮断することができないので、別途、水封弁を必要とする。【００１２】
これらの問題に対処するため、特許文献２には、遮断弁内部における大量のタール付着を避けられないものと考え、図２に示すように、高温の酸化性ガスを別途発生させる熱風発生装置３８を設けて、個々の遮断弁３７に対して熱風導管３９を通じて、弁箱内に高温の酸化性ガスを導入する構成が開示されている。この構成によれば、弁箱内の非シール部に付着したタールを焼き飛ばす処理を、弁の閉止毎に行うことができる。しかしながら、操業が煩雑、かつ、頻繁な開閉が困難である。また、この装置では、不可避であるタール付着を積極的に利用して、弁の閉止時に高い接触圧力を付与しながら弁体を弁座上で回転摺動させることによって、弁座や弁体に付着したタールを変形させて封止材として利用して弁の封止を行う。そのため、特許文献２の技術ではタールの付着が必須条件であり、タールを凝縮させるための条件である、少なくとも７００℃未満、望ましくは６００℃以下の温度にウェットＣＯＧを冷却する必要がある。【００１３】
同時に、開閉動作のために大きな力を弁体や弁座に付与することが必要なので、弁構成材料の機械強度を確保するためには、弁箱内の温度（即ち、ウェットＣＯＧの温度）を６００℃以下の低い温度に保持する必要がある。さらに、遮断弁への熱供給は、弁箱内を通過する酸化性の熱風、又は、ウェットＣＯＧの顕熱による内部加熱により行うので、特に、抽気管を通過するウェットＣＯＧの流量が小さい場合には、遮断弁に供給できる熱量が不足してしまう。この場合、遮断弁内面の温度が極端に下がってウェットＣＯＧ中のタールの大半が遮断弁の内面に凝縮して弁を閉塞させてしまう虞がある。【００１４】
第２の問題は、特許文献２の方法では、ウェットＣＯＧがＣＯＧ処理装置に至るまでの間にタールが管路系内に凝縮してしまうので、ＣＯＧ処理装置に到達するタールの量が減ってしまうことである。ＣＯＧ処理装置の主な用途は、ＣＯＧ中のタールの改質であるので、少なくとも、この用途に上記抽気系装置を応用することはできない。【００１５】
第３の問題は、上記特許文献２の技術では、弁の予熱やタールの焼き落としのために、遮断弁３７内に酸化性熱風ガスを供給し、その排気を集合管２８経由でＣＯＧ処理装置２９に供給せざるを得ないことである。ウェットＣＯＧは還元性のガスであるので、このような酸化性熱風ガスと混合すると、ウェットＣＯＧ中の有用成分が燃焼して、ＣＯ、ＣＯ２、又は、水蒸気といった、用途として低級なガス成分をウェットＣＯＧ中で増大させてしまうので好ましくない。【００１６】
第４の問題は、上記特許文献２の装置では、遮断弁の開閉操作を各コークス炉窯２１におけるウェットＣＯＧの発生量に基づいて判断しているが、後述のように、このような操作では、各コークス炉窯２１への抽気ＣＯＧの逆流を生じる可能性があることである。【００１７】
すなわち、上昇管２５の管路を開閉する必要があるので、付着物析出によって上昇管２５の蓋（不図示）が上昇管２５に固着してしまうことを避けるために、上昇管２５と蓋との間に予め隙間を設けて完全にはウェットＣＯＧを封止しない構造もかつては採用されてきた。しかし、このような蓋では、高温のウェットＣＯＧを直接、流通させることができるが、蓋を閉止した際にガスの流通を阻止する機能が低く、ダンパ並みの閉止力しか得られない。そして、コークス炉窯２１内よりも下流側の方が圧力の高い場合には、前記蓋の周囲の隙間を通じて、大量にガスが逆流することを防止できないことを、本願発明者らは見出した。抽気ガス中には、一般に外気が混入しているので、外気中の酸素を含んだ抽気ガスを１０００℃以上の高温になり得るコークス炉窯２１に流入させることは、ＣＯＧ品質や操業性悪化等の様々な観点から好ましくない。また、本発明が対象とするようなＣＯＧ処理装置では抽気ＣＯＧを抽気温度よりも高温に加熱する場合があり、このような高温ＣＯＧがコークス炉窯に逆流すると、炉材を損傷するなどの問題がある。また、各コークス炉窯２１はバッチ式生産を行うので、各コークス炉窯２１へのコークスの装入、取り出し、又は、炉内清掃のために、コークス炉窯２１は、しばしば大気に対して開放される。このように大気に開放されたコークス炉窯２１に対して、抽気されたウェットＣＯＧが逆流することは、これを大気中に放散することになるので好ましくない。このようなコークス炉操業プロセスの中で特定の窯が外気に対して開放されている以外の場合（即ち、全ての窯が外気に対して密閉されている場合）にも特定の窯から弁の窯へのＣＯＧの逆流は生じ得る。各窯でのＣＯＧ発生速度は非定常に変動し、これにともない窯内の圧力も変化するため、このような逆流の発生は予測し難い。このため、逆流発生タイミングを予測して、予め抽気を中断するような作業方法を適用することもできない。【００１８】
複数のコークス炉窯２１からウェットＣＯＧを抽気してＣＯＧ処理を行う際には、抽気したウェットＣＯＧを低温化させてタールを大量に凝縮させるか、あるいは、閉止時の隙間が大きいダンパを採用してガスの逆流を許容するかの何れかを選択するしかなかった。このため、各コークス炉窯２１から抽気されたウェットＣＯＧが熱的にも成分的にも質が低く、コークス炉ガスを７００℃以上で熱間処理することは極めて制約が大きいため、殆ど実用化されていなかった。【００１９】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、ウェットＣＯＧを高温に維持したままコークス炉ガス処理装置に供給すると共に、そのコークス炉への逆流を防止することが可能な、石炭乾留ガス熱間処理設備及びコークス炉ガス熱間処理設備の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決するために、以下の態様を採用した。
（１）すなわち、本発明の一態様に係る石炭乾留ガス熱間処理設備は、複数の石炭乾留装置から抽気した石炭乾留ガスを７００℃以上かつ１２００℃以下の流入温度で熱間処理することで、炭素含有固形物を乾留する設備であって、前記石炭乾留装置毎に設けられた抽気管と；これら抽気管のそれぞれに設けられた逆止弁と；前記各抽気管が接続された集合管と；この集合管に接続された石炭乾留ガス処理装置と；を備え、前記各抽気管、前記各逆止弁、前記集合管、及び前記石炭乾留ガス処理装置が、７００℃以上かつ１２００℃以下の加熱雰囲気内に設けられ；前記各石炭乾留装置、前記各抽気管、前記各逆止弁、前記集合管、そして前記石炭乾留ガス処理装置の順で、前記石炭乾留ガスが流される。【００２１】
（２）また、本発明の他の態様に係るコークス炉ガス熱間処理設備は、複数のコークス炉窯から抽気したコークス炉ガスを７００℃以上かつ１２００℃以下の流入温度で熱間処理する設備であって、前記コークス炉窯毎に設けられた抽気管と；これら抽気管のそれぞれに設けられた逆止弁と；前記各抽気管が接続された集合管と；この集合管に接続されたコークス炉ガス処理装置と；を備え、前記各抽気管、前記各逆止弁、前記集合管、及び前記コークス炉ガス処理装置が、７００℃以上かつ１２００℃以下の加熱雰囲気内に設けられ；前記各コークス炉窯、前記各抽気管、前記各逆止弁、前記集合管、そして前記コークス炉ガス処理装置の順で、前記コークス炉ガスが流される。【００２２】
（３）また、上記（２）に記載のコークス炉ガス熱間処理設備が、前記各コークス炉窯から前記各逆止弁の入口までの間にそれぞれ設けられ、前記各コークス炉窯内における第１の圧力を測定する炉内圧力計と；前記各逆止弁の出口から前記集合管までの間に設けられ、前記集合管内における第２の圧力を測定する集合管圧力計と；前記第１の圧力及び前記第２の圧力の差圧を算出して前記各抽気管における逆流の発生を検知すると共に、前記各抽気管のうち、前記コークス炉ガスの逆流が発生している抽気管が有る場合に、この抽気管に設けられている前記逆止弁を閉じる逆止弁制御装置と；をさらに備えてもよい。【００２３】
（４）上記（３）に記載のコークス炉ガス熱間処理設備の場合、前記各逆止弁のそれぞれが、弁箱と；この弁箱内の底部に設けられ、常温から９００℃までの温度範囲で耐熱性を有する封止材と；前記弁箱の内部でかつ前記封止材の表面よりも上方の内部空間で開口するように、前記弁箱及び前記封止材を貫通するとともに、前記各コークス炉窯からの前記コークス炉ガスが流れ込むガス流入管と；前記内部空間で開口するとともに、前記内部空間から前記集合管を介して前記コークス炉ガス処理装置に向かって前記コークス炉ガスを排出するガス流出管と；前記ガス流入管の開口を覆った状態で少なくともその開口部が前記封止材内に埋没する閉止位置と、前記封止材より前記開口部が取り出された開放位置との間で移動自在に配置された弁体と；この弁体を、前記閉止位置と前記開放位置との間で移動させる弁体移動装置と；を備えてもよい。【００２４】
なお、上記（２）に記載の態様の特徴について説明すると、逆止弁を含むコークス炉ガス（以下、ウェットＣＯＧ）を流通させる管路系を加熱雰囲気内に配置することによって、ウェットＣＯＧを高温に維持したままコークス炉ガス処理装置に供給することと、抽気管に逆止弁を設けることによって、抽気したウェットＣＯＧがコークス炉窯へ逆流してしまうのを防止することとの２つの技術を初めて両立させ、その結果、コークス炉ガスを確実に熱間処理可能としたことにある。前述したように、従来では、この両立が困難であり、コークス炉ガスの熱間処理を実施できなかった。【００２５】
また、上記（３）に記載の場合では、複数のコークス炉窯から同時にウェットＣＯＧの抽気を行って集合管に集める場合に、ドライメーン側の水封弁の開閉状態の如何に係らず、抽気したウェットＣＯＧが特定のコークス炉窯に逆流するという従来知られていなかった問題を本発明者らが初めて見出し、この解決策を講じたことに特徴がある。すなわち、単に、各コークス炉窯からのウェットＣＯＧの発生量を把握するだけではなく、コークス炉窯と集合管での圧力差に応じて逆流を防止する逆止弁を抽気管に設けたことにある。【００２６】
また、上記（４）に記載の場合の仕切弁の特徴について説明すると、まず、第１の特徴は、常温から９００℃程度までの温度範囲で物理的な性質が大きく変化しない粒状材料を仕切弁の封止材として用いることで、広い動作範囲における弁の封止性を確保できる点にある。これに対して、従来技術の封止方法、例えば水封弁の場合は、高温では水を液相として維持できないので、これを適用することができない。【００２７】
上記仕切弁の第２の特徴は、次の通りである。
仕切弁は、要求される機能に応じてその各部品間で互いに異なる材料を組み合わせて用いることが一般的である。このような仕切弁が広い温度範囲で使用される場合、前記各部品間で熱膨張差が生じるので、これら部品間の接触、例えば、弁座と弁体との間の接触において、機械加工で言うところの嵌め合いを広い温度範囲で同一状態に維持することは困難である。また、９００℃といった高温で弁が使用される場合、長期的には、クリープによって材料が変形することが避けられないので、作動温度が一定であっても、長期間に渡って同一の嵌め合いを維持することは困難である。従来の仕切弁は、弁体を弁座に締め付けることによって作動流体の封止を行う構造であるので、弁座に対する弁体の嵌め合いが変化すると、弁体と弁座との間に隙間を生じて封止が不完全となることや、逆に、弁体と弁座との間の接触力が過大となって、弁体が動かなくなるといった問題が起きる。一方、本態様では、可動性の高い、比較的厚い封止材の層内に弁体を埋没させることによって封止を行うので、嵌め合いを考慮する必要はなく、上記の問題を回避することができる。【００２８】
上記仕切弁の第３の特徴は、次の通りである。
すなわち、本態様では、比較的多量の粒状体からなる封止材を用いるので、ウェットＣＯＧに接触する材料で避けることのできない、材料へのコーキングやタール凝縮固化による封止性への悪影響を受け難い。即ち、本態様では、表層の封止材の一部にコーキングを生じた場合でも、弁体の開閉動作等による封止材の撹拌によって速やかに層内に析出カーボンを分散化するので、封止材の封止性・流動性悪化の影響を低減することができる。また、本態様では、弁体を頻繁に封止材に埋没させることにより、封止材による弁体の研磨効果を得ることが出来るので、弁体表面の付着物を除去することができる。【００２９】
上記仕切弁の第４の特徴は、次の通りである。
すなわち、金属ガリウムなどを封止材に用いることにより、本態様では、ほぼ常温から９００℃といった広い温度範囲で動作可能で、かつ、完全な封止ができる仕切弁を実現することができる。従来のメタルタッチによる封止構造を持つ弁の場合、このような広い温度範囲で動作可能なものは、弁座と弁体が接触可能な特定の温度以外の温度域では、各部品間の熱膨張率差によって弁座及び弁体間で隙間を生じる虞があるため、確実な封止性を確保することはできない。【００３０】
上記仕切弁の第５の特徴は、次の通りである。
すなわち、本態様では弁の構成要素の大半を加熱雰囲気内（例えば加熱炉内）に配置するので、弁の各部品間の温度差を低減することができる。従来の高温ガスを流通させる弁では、高温ガスとの接触部位である内側を高温に保ち、かつ、弁の外側を低温に保つことにより、弁の強度と作業性とを確保することが指向されてきた。このような設計前提で、弁に加熱装置を設けない場合、弁を通過する高温ガスは弁によって冷却されるので、例えばウェットＣＯＧを流通させる際にタールが弁内面に析出するのを避けられない。また、弁の内部に加熱装置を設けることによって弁を通過する高温ガスからの抜熱を避ける方法も考えられるが、この場合、弁の内部と外部との間で温度差が大きくなるため、弁の内部を一様に一定温度に制御することが困難である。また、これら従来の方法では、弁の各部品間に大きな温度差が生じるので、９００℃といった高温で弁を使用する場合、大きな熱応力を生じて弁の寿命を著しく短くしてしまう問題も生じる。本態様では、弁を通過する高温ガスとほぼ同一の温度に保持された加熱雰囲気内（例えば加熱炉内）に弁を配置することによって弁全体の温度を一様、かつ、一定に保持できるので、上記の従来技術での問題を回避することができる。
【発明の効果】
【００３１】
以上に説明したように、本発明の上記（１）や（２）に記載の態様によれば、石炭乾留ガス（ウェットＣＯＧ）の顕熱を利用する各種ガス改質技術や顕熱回収技術の適用が可能になり、石炭乾留ガス（ウェットＣＯＧ）を、高温を維持したまま、石炭乾留ガス処理装置（コークス炉ガス処理装置）に供給すると共に、抽気石炭乾留ガス（抽気ＣＯＧ）の石炭乾留装置（コークス炉）への逆流を防止可能することが可能な、石炭乾留ガス熱間処理設備（コークス炉ガス熱間処理設備）を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来のコークス炉の模式図である。
【図２】従来のコークス炉ガス処理設備の模式図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る高温コークス炉ガス処理設備の模式図である。
【図４】同高温コークス炉ガス処理設備に用いる弁を示す図であって、弁を開放した状態を示す模式図である。
【図５】同高温コークス炉ガス処理設備に用いる弁を示す図であって、弁を閉止した状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の一実施形態について詳細に説明する。なお、本願明細書及び図面において、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することによりそれらの重複説明を省略する。
【００３４】
（高温コークス炉ガス熱間処理設備）
＜装置構成＞
図３を用いて、本実施形態に係る高温コークス炉ガス熱間処理設備を説明する。図３に示す高温コークス炉ガス熱間処理設備では、図１に示した従来の各コークス炉窯２１に対応する各コークス炉窯２１ａ〜２１ｃのそれぞれに対して抽気管２６と逆止弁２７を設けるとともに、これらを介してウェットＣＯＧ（以下、単にＣＯＧと称する場合がある）を集合管２８に集めている。そして、この集合管２８に接続されたＣＯＧ処理装置２９にＣＯＧを供給している。これら一連の機械要素、すなわち、抽気管２６、逆止弁２７、集合管２８、ＣＯＧ処理装置２９は、加熱炉３３内に収納されており、ＣＯＧの改質時には、加熱炉３３の炉内温度（加熱雰囲気温度）を７００℃以上、より好ましくは、８００℃以上に保持して、配管系内でのタールの凝縮を防止する。
各コークス炉窯２１ａ〜２１ｃ内において発生するＣＯＧの温度（発生ＣＯＧ温度）は概ね１２００℃以下であるので、加熱炉３３内の温度は、この発生ＣＯＧ温度を維持できるように１２００℃以下とすることが好ましい。また、大半の操業時間において、発生するＣＯＧの温度は９００℃以下であるので、ＣＯＧの通気に用いる装置の耐熱性を考慮すると、本実施形態での加熱炉３３の炉内温度を９００℃以下に維持することが好ましい。この場合、発生したＣＯＧ温度を常に測定して、この温度が９００℃を超えた場合に逆止弁２７を閉止することによって、その下流側の装置への高温ＣＯＧの供給を遮断することができる。
【００３５】
各抽気管２６の途中（コークス炉窯２１ａ〜２１ｃと集合管２８との接続部以外の任意の位置）には、逆止弁２７が設けられている。この逆止弁２７は、その入側−出側間の圧力差に応じて開閉する。ＣＯＧ処理装置２９で処理されたＣＯＧは、適宜、冷却装置３０で冷却されてＣＯＧ精製装置３２、又は、ＣＯＧ貯留装置（図示せず）に供給される。ＣＯＧ処理装置２９内での通気抵抗が大きい場合には、冷却後のＣＯＧをブロワ３１で吸引して所要流量を確保してもよい。冷却装置３０によって常温程度まで冷却されたＣＯＧは、タール分が除去されたドライな状態にあるので、ブロワ３１としては、市販の一般的なブロワや弁等を用いることができる。また、冷却装置３０には、市販のスクラバ等を用いることができる。また、管路系の途中に適宜、サイクロン等の集塵機を設けてもよい。
【００３６】
抽気するコークス炉窯２１ａ〜２１ｃの窯数は、ＣＯＧの発生量と成分を平準化する観点から、３窯以上であることが好ましい。抽気する窯数の最大値に特に制約はないが、窯数を多くするとＣＯＧ集合管の長さが長くなり、ＣＯＧ送気時の加熱・保温が不効率になる場合があるので、コークス炉１炉当たりの窯数は、例えば、１００窯以下とすることができる。
【００３７】
＜ＣＯＧ処理装置＞
ＣＯＧ処理装置２９には、例えば、特許文献４に示されるＣＯＧ改質装置や、特許文献５に示されるＣＯＧ排熱回収装置を適用することができる。これらの装置では、供給されるＣＯＧ温度が７００℃から９００℃〜１２００℃程度であることが好ましいので、本実施形態の装置を好適に適用することができる。
【００３８】
＜抽気管、集合管＞
抽気管２６及び集合管２８は、耐熱ステンレス製、耐熱ニッケル合金製、又は、耐熱セラミックス製の管を使用することができる。各コークス炉窯２１ａ〜２１ｃ内の炉内温度が９００℃を超える場合には、耐熱セラミックス等の材料を用いることが好ましい。本実施形態では、抽気ＣＯＧを７００℃以上に保持するのでタールの凝縮が生じないものの、高温でのＣＯＧ熱分解による管路内面への炭素の析出が多少は避けられないので、閉塞防止の観点から、抽気管及び集合管の内径は、１００ｍｍ以上であることが好ましい。また、配管径が大き過ぎると各コークス炉窯２１ａ〜２１ｃ間に配管が設置できなくなるので、抽気管の外径は、各コークス炉窯２１ａ〜２１ｃ間の平均間隔、例えば、１ｍ未満であることが好ましい。集合管の管径の最大値に特段の制約はないが、極端に大きい管径の場合、加熱炉が巨大となって非効率なので、例えば、直径３ｍ以下とすることが好ましい。
【００３９】
＜加熱炉＞
加熱炉３３としては、市販の電気炉や燃焼炉を用いることができる。上記の加熱されるべき機械要素の全てを１台の加熱炉３３に収めてもよいし、抽気管２６及び逆止弁２７、集合管２８、ＣＯＧ処理装置２９のそれぞれについて個別に加熱炉３３を設けてもよい。さらに、各コークス炉窯２１ａ〜２１ｃの抽気管２６及び逆止弁２７毎に個別に加熱炉３３を設けてもよい。
【００４０】
＜ＣＯＧの流れ＞
図３において、各コークス炉窯２１ａ〜２１ｃから抽出されたＣＯＧが好適な条件にある場合、各抽気管２６の逆止弁２７がそれぞれ開放されて、コークス炉窯２１ａ〜２１ｃからＣＯＧ処理装置２９までウェットＣＯＧが供給される。ここで言う、好適な条件とは、少なくとも、集合管２８側の圧力がコークス炉窯２１ａ〜２１ｃ側の圧力よりも小さい状態であり、この他、後述のように、逆止弁２７として仕切弁を用いて任意のタイミングで開閉できる機能とする場合には、ＣＯＧが所定温度以上にあることも好適なＣＯＧの条件に加えてよい。
各コークス炉窯２１ａ〜２１ｃ内でのＣＯＧ温度は、従来のコークス炉窯２１に標準的に備えられている炉温計と同等ものを用いて測定すればよい。逆止弁２７が開放されている状態では、そのコークス炉窯２１ａ〜２１ｃの水封弁２２は開放されていてもよいし、閉止されていてもよい。ここで、水封弁２２が開放されている場合には、コークス炉窯２１ａ〜２１ｃから集合管２８とドライメーン２４の双方にＣＯＧが流出するように、図示されない、スプレー装置の圧力調整機構等を操作することが好ましい。
【００４１】
全ての逆止弁２７が開放され、かつ、全ての水封弁２２が閉止されている状態では、コークス炉窯２１ａ〜２１ｃ内でＣＯＧが発生し続けている限りにおいて、長時間平均的に、各コークス炉窯２１ａ〜２１ｃで発生したＣＯＧは全て集合管２８に放出されるので、長時間平均的に逆流は生じない。即ち、平均的に、［コークス炉窯２１ａ〜２１ｃ内圧力］−［集合管２８内圧力］で定義されるコークス炉窯−集合管間の圧力差は正であり、かつ、この圧力差は各コークス炉窯２１ａ〜２１ｃでのＣＯＧ発生量に比例（１次の比例とは限らない）した値となる。しかしながら、瞬時でみると、コークス炉窯２１ａ〜２１ｃ内でのＣＯＧ発生速度は一定ではなく、短時間でも大きく変動する。この変動要因としては、例えば、加熱された焼結コークス塊が部分的に変形、断裂する際に、瞬間的にそのコークス炉窯２１ａ〜２１ｃ内でＣＯＧ発生量が急増し、これに伴って集合管２８の内圧も急上昇することが挙げられる。従って、このような逆止弁・水封弁設定条件であっても、非定常的に、コークス炉窯−集合管間の圧力差は特定のコークス炉窯２１ａ〜２１ｃで負の値となって、抽気ＣＯＧのコークス炉窯２１ａ〜２１ｃへの逆流が生じる場合がある。
【００４２】
また、特定の逆止弁２７を閉止した際に、これに対応するコークス炉窯２１ａ〜２１ｃ内でＣＯＧが発生している場合には、水封弁２２を開放して発生ＣＯＧをコークス炉窯２１ａ〜２１ｃから排出する必要がある。
【００４３】
複数の逆止弁２７が開放されていて、これに対応するコークス炉窯２１ａ〜２１ｃのうちの複数において水封弁２２が開放されている場合（これは、発生ＣＯＧ量がＣＯＧ処理装置２９の処理能力を超えた場合等に生じる）には、各コークス炉窯２１ａ〜２１ｃでのＣＯＧ発生量とその圧力との関係は予測できない。即ち、より大量にＣＯＧが発生しているコークス炉窯２１ａ〜２１ｃの方が、内圧が高いとは限らない。これは、従来技術におけるスプレー装置によるコークス炉窯圧力設定技術では、高精度での炉圧調整を行い得ないため、コークス炉窯２１ａ〜２１ｃ間で本来、大きな圧力差を生じ得ることによる。この結果、集合管２８の圧力、即ち、各コークス炉窯２１ａ〜２１ｃの中で、これらの平均的圧力よりも低圧になるものの発生が避けられず、逆止弁２７を適宜動作しない限り、抽気ＣＯＧがコークス炉窯２１ａ〜２１ｃに向かって逆流することが定常的に生じ得る。従って、特許文献２に示される、コークス炉窯２１ａ〜２１ｃ内でのＣＯＧ発生量に応じた遮断弁の開閉操作のみでは、抽気ＣＯＧのコークス炉窯２１ａ〜２１ｃへの逆流を防止できない。
【００４４】
以上の点から、抽気管２６に設けられる弁には、前後の圧力差に応じて開閉する逆止弁の機能を少なくとも有していることが、高温コークス炉ガス熱間処理設備では必須である。このことは、本願発明者による詳細な調査の結果、初めて明らかになった事項である。
【００４５】
（逆止弁）
＜逆止弁の構成＞
逆止弁（以下、仕切弁と呼ぶ場合もある）２７は、加熱炉３３内の高温環境（７００℃以上、より好ましくは８００℃以上）に耐え、コーキングによるカーボンの析出によっても動作が阻害されず、かつ、逆止弁２７の入側−出側間の圧力差に応じて、コークス炉窯２１ａ〜２１ｃへの抽気ガスの逆流を防止できるものであれば、どのような形式のものでも採用することができる。
【００４６】
但し、一般的に使用される、バネ式で弁体を弁座に押し付けておき、作動ガスが順流れ時には流れの動圧によって、弁体−弁座間の隙間を押し広げる形式のものを用いる場合には、微小な力で弁体−弁座間の隙間が押し広げられるように、特に設計には配慮を払う必要がある。なぜならば、作動ガスとしてウェットＣＯＧを用いる場合、コーキングによる閉塞防止のため、抽気管及び逆止弁の内径は一般に大きく設定せざるを得ないので、作動ガスの動圧が一般に微小となることが避けられないからである。また、少なくとも９００℃程度まで弾性を維持し得るバネ材料を探すことも容易ではない。
【００４７】
より汎用的に、ウェットＣＯＧに対して適用できる逆止弁２７は、図３において、逆止弁２７を仕切弁とし、コークス炉窯２１ａ〜２１ｃからこれら逆止弁２７の流入口の間に設けられる各炉内圧力計３４と、逆止弁２７の流出口から集合管２８までの間に設けられる集合管圧力計３５と、逆止弁制御装置３６とを設ければよい。この逆止弁２７の構成を採用した場合、逆止弁制御装置３６に対し、各炉内圧力計３４の測定値と集合管圧力計３５の測定値とが入力され、これらの差圧を算出して、集合管圧力計３５での測定値が炉内圧力計３４での測定値よりも大きい場合には、抽気管２６において逆流が発生したものと検知する。そして、逆流検知時には、逆流が発生した抽気管２６に接続されている仕切弁２７を閉止する指令をこの仕切弁２７に出力することによって、抽気ガスがコークス炉窯２１ａ〜２１ｃに逆流してしまうのを防止することができる。
【００４８】
また、上記構成の場合、逆止弁制御装置３６が逆流を検知しない状態では、仕切弁２７を開放してもよいし、他の操業上の理由によって閉止状態としてもよいので、運用の選択肢を増やすことができる。ここで言う他の操業上の理由とは、例えば、個々の逆止弁２７に対応するコークス炉窯２１ａ〜２１ｃが大気に対して開放状態にある場合であり、その期間は、逆止弁２７を逆流検知の有無にかかわらず、常に閉止することができる。
ここで、逆止弁２７として用いる弁が、ダンパ等の流量調整弁ではなく、仕切弁に限定されるのは、以下の理由による。前述のように、ウェットＣＯＧを操作する際には、タールやカーボンの析出・付着が多かれ少なかれ避けられないので、弁体と弁座との間に常に隙間を設けることが前提とされるが、ダンパ等の流量調整弁では、このようなタールやカーボンの析出・付着によって弁体の動作を阻害しないように、隙間幅を大きく設定せざるを得ない。一方、前述のように、ウェットＣＯＧが通過する抽気管２６及び逆止弁２７の内径は、十分に大きく設定しなければならない。このため、ダンパの隙間の面積（≒隙間幅×管の円周）は、ウェットＣＯＧの流量に対して、十分に小さく設定することが困難であり、ダンパの隙間を通過するウェットＣＯＧの流速を十分に高めることができない。ダンパでは、ダンパ隙間での作動ガスの増速による圧力損失によって流量を制御する原理であるので、このようなウェットＣＯＧの流れ条件では、ダンパは流量調整装置として機能し得ないので、逆止弁２７には適用できないからである。これに対して、仕切弁であれば、ウェットＣＯＧの動圧が低くても、その流れを阻止することができるので、逆止弁２７への適用に好適である。
このような構造の逆止弁２７の場合、弁の構造体が９００℃以上である場合には、適用可能な材料の制約が大きくなる。一方、ウェットＣＯＧが逆止弁２７を通過する時間は比較的短く、かつ、逆止弁２７の温度が７００℃程度以上と比較的高温であれば、一般に逆止弁２７中でＣＯＧの平均温度は大きくは変動しない。そこで、９００℃以上の加熱炉３３内に逆止弁２７を設ける場合には、逆止弁２７を冷却して、少なくとも、弁構造体の一部を９００℃未満に維持してもよい。加熱炉３３内で弁を冷却する手段として、弁箱の外側にガス冷却ジャケットを設け、これに加熱炉３３外から導入したガスを流通させて弁の冷却を行うことができる。また、前記の駆動装置を用いる逆止弁２７の場合、ガスシリンダ等の駆動装置自身は、ウェットＣＯＧと接触するわけではないので、この部分のみ、７００℃未満に冷却してもよい。さらに、駆動装置のみ加熱炉３３の外に設けて、加熱炉３３の壁を貫通する伝導機構（コネクティングロッド等）を用いて、加熱炉３３内の弁体を駆動してもよい。即ち、逆止弁２７を加熱炉３３内に設けて７００℃以上の温度に維持するとは、少なくとも、弁箱を加熱炉３３内に設けて７００℃以上の温度に維持すればよい。
これに対して、もし、逆止弁２７を加熱炉３３（加熱装置）内に設けず、保温材等のみを逆止弁２７の周囲に設ける場合には、仮に、逆止弁２７を通気するＣＯＧが700℃以上であっても、逆止弁２７のＣＯＧとの接触部において、固体（または液体）タール等の析出物が顕著となる、７００℃未満の領域が発生することを防止することは困難である。なぜならば、このような構造の場合、逆止弁２７の加熱源は、ＣＯＧから伝熱される熱量のみであるからである。通常、バッチ式生産を行う、コークス炉の操業において発生する（即ち、抽気可能な）ＣＯＧは、しばしば、少量化または停止する。このため、いかに保温を厳重に行ったとしても、逆止弁２７にＣＯＧから供給される時間当たり熱量がほとんど０になることが生じる。このとき、逆止弁２７の弁箱は外部に放熱する一方であるので、弁箱全体の温度が低下し、通気部位にも７００℃未満の領域を生じうる。弁内のＣＯＧ接触部に７００℃未満の低温部位を生じた場合、仮にＣＯＧの平均温度を大きく低下させないとしても、少なくともこの低温部位近傍のＣＯＧは７００℃未満に低下し、固体または液体タールを生じて低温部位に付着しうる。この結果、この低温部位で選択的に固体または液体タール付着物が成長して弁内流路を閉塞させる問題を生じる。一方、本実施形態でのように、弁箱を７００℃以上に保持された加熱炉３３内に設ける場合には、通気ＣＯＧ流量にかかわらず、常に弁内のＣＯＧ接触部全域を７００℃以上に保つことができる。
【００４９】
＜圧力計＞
集合管圧力計３５及び炉内圧力計３４としては、例えば、市販のマノメータやダイヤフラム型圧力計を用いることができる。マノメータを用いる場合には、炉内や管内のガスを直接作動流体に接触させるのではなく、間に不活性ガス等の断熱流体を介することによって、高温のウェットＣＯＧであっても圧力を計測することができる。
【００５０】
また、集合管圧力計３５を常に負圧に、かつ、抽気すべきコークス炉窯２１ａ〜２１ｃの炉窯内圧力を常に正圧に設定する前提であれば、炉内圧力計３４として簡易な圧力検出手段を採用することができる。例えば、コークス炉窯２１ａ〜２１ｃの一部を外気に対して常に開放し（例えば、上昇管２５の上蓋部の隙間を開放する）、ここでのガス流れの向きを吹き流し法等で求める。そして、コークス炉窯２１ａ〜２１ｃ内から大気中にガスが流出する場合は、コークス炉窯２１ａ〜２１ｃ内が正圧であり、流れが逆向きであればコークス炉窯２１ａ〜２１ｃ内が負圧であるという方法等を、コークス炉窯２１ａ〜２１ｃ内の圧力の簡易な検出手段として用いればよい。
【００５１】
＜仕切弁の構造＞
逆止弁２７として採用した仕切弁を、図４及び図５を用いて説明する。なお、図４が弁の開放状態を示し、図５が弁の閉止状態を示す。
まず、図４に示すように、弁体２の開口２ａが封止材５の表面５ａよりも上方にある弁開放状態のとき、高温の作動ガスは、ガス流入管３から弁箱１内に流入し、流出口４から流出する。このときの弁体２の位置を、以下、弁体上昇位置と呼ぶ。なお、ガス流入管３が、前記抽気管２６のコークス炉窯２１ａ〜２１ｃ側に接続された部分であり、流出口４が、前記抽気管２６の集合管２８側に接続された部分である。
一方、図５に示すように、弁が閉止状態のとき、弁体２の開口２ａを含む下端が上方より下方に向かって封止材５内に埋没した弁体２によって、弁箱１内は、ガス流入管３が有る側の空間１９と、それ以外のガス流出管側の空間２０とに隔てられる。その結果、ガス流入管３からガス流出管４への高温の作動ガスの流通が遮断される。このときの弁体２の位置を、以下、弁体下降位置と呼ぶ。微量の作動ガスは、封止材５の隙間を通じて流通し得るが、弁体２の封止材５への埋没深さが十分である場合には、通気抵抗の十分に大きい封止材５を用いれば、実質的なガス封止を実現できる。弁体２の封止材５への埋没深さは、例えば、１０ｍｍ以上１ｍ以下とすることができる。これよりも浅い埋没量である場合には、封止材５による封止性能が不足し、一方、これ以上の深さの埋没量である場合には、実現できる封止能力に比べて装置が高価になり過ぎる。ガス流入管３の上端の開口３ａに接触して弁体２が降下するときの下端位置を固定するストッパ１８の位置を調整することによって、この弁体２の封止材５への埋没深さを所望の深さに設定することができる。
【００５２】
弁体上昇位置と弁体下降位置との間で弁体２を移動させるためには、弁体２に接続された弁体昇降装置８を動作させる。弁箱１の密閉を維持するために、弁体２と弁箱１との間にベローズ１４を設け、弁体２と弁箱１との間での相対移動量の影響をここで吸収する。
【００５３】
＜弁箱＞
弁箱１は、高温の加熱炉３３内に設置される。弁箱１の高さは、例えば、１００ｍｍ以上４ｍ以下とすることができる。封止材５の層厚は、例えば、１０ｍｍ以上１ｍ以下とすることができる。ガス流入管３及びガス流出管４の弁箱１内での開口径は、例えば、１０ｍｍ以上３００ｍｍ以下とすることができる。
【００５４】
＜弁体昇降装置＞
弁体昇降装置８を加熱炉３３外に設置する場合には、昇降運動可能な市販のアクチュエータを使用することができる。例えば、エアシリンダ、油圧シリンダ、ラックアンドピニオン推進装置、ボールねじ推進装置、又は、リニアモータを用いることができる。耐熱性のアクチュエータを弁体昇降装置８に用いて、これを加熱炉３３内に設置し、設備の小型化を図ってもよい。弁体２の昇降位置を調整する方法は、手動で行ってもよいし、別途、距離計又は荷重計、並びに、制御装置を設けて自動制御してもよい。弁体昇降装置８のストロークは、例えば、２０ｍｍ以上２ｍ以下とすることができる。
【００５５】
＜構造材の材質＞
加熱炉３３内に配置される装置は、炉温を９００℃以下に限定する場合には、常温から９００℃程度までの高温環境において、所要の強度、剛性、耐久性を有したものであればどのようなものでも使用することができる。例えば、変形する部品であるベローズ１４には、耐熱ステンレス鋼、又は、インコネルやハステロイ等の耐熱ニッケル合金等の金属を、これ以外の部品に関しては、前記の材料に加えて、黒鉛、カーボンコンポジット、アルミナ、カルシア、マグネシア、炭化ケイ素、又は、窒化ケイ素等を用いることができる。尚、黒鉛等、耐酸化性の低い材料を用いる場合には、加熱炉３３内を非酸化性雰囲気、例えば、窒素雰囲気に維持することで、これらの材質を適用することができる。また、加熱炉３３内の炉温を、９００℃を超える値に設定し得る場合には、構造材の材料として、耐熱セラミックス等の材料を用いることが好ましい。
【００５６】
封止材５に金属ガリウムを用いる場合には、金属材料との間で合金を生じ得るので、金属ガリウム接液部には、上述の各種セラミックスを用いた構造材、又は、上述の各種セラミックス材を金属材料に被覆した構造材を用いることができる。
【００５７】
＜封止材＞
封止材５には、常温から９００℃〜１２００℃程度の高温において、流動化に耐え得る強度を有し、かつ、作動ガスとの化学反応、自身の熱分解、焼結、相変態を生じない粒状の材料であれば、どのような材質のものでも用いることができる。
【００５８】
封止材５に粒体を用いる場合には、例えば、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、窒化珪素、炭化珪素の内、１種又は２種以上の組み合わせを主体とする材質を用いることができる。これらの物質は、工業的に容易に得られ、常温から９００℃〜１２００℃までの温度範囲で安定であり、ウェットＣＯＧとの反応性が低く、さらに、この温度域では焼結性も低いので粒体の流動性が損なわれることが少ないので好適である。他の物質、例えば、珪砂の場合、この温度域で変態を生じるため、粒子が崩壊し易く、封止材５として好適ではない。また、ソーダガラス粒を用いる場合、この温度域では軟化、焼結を生じ得ることから、粒体の流動性を確保できずに、弁体２の封止材５への挿入を阻害し得るので、封止材５として好適ではない。
【００５９】
ここで、前記主体とは、上記の粒体が５０質量％以上を占めるものを指し、上記の粒体の性質、特に、常温から９００℃〜１２００℃までの温度範囲で安定であり、ウェットＣＯＧとの反応性が低く、さらに、この温度域では焼結性も低いという利点を大きく損なわない範囲で、微量の不純物又は添加物が上記の粒体に、粒子として、又は、上記粒体の個別粒子の成分として含まれ得る。例えば、窒化ホウ素の粒体を上記粒体に、例えば５質量％程度以下の範囲で添加することができる。窒化ホウ素は高温での固体潤滑性が高いので、上記の粒体に少量添加することによって、粒体の流動性を向上する効果が期待できる。但し、窒化ホウ素粒体は機械的強度が低く、容易に崩壊するので、以下に示す望ましい粒体範囲を長期に維持することが困難であるため、大量に添加することには問題がある。また、上記流体の粒子として、必ずしも高純度の粒体を用いる必要はなく、例えば、酸化珪素を含有し、ムライト化させたアルミナ−シリカ組成である粒子によって構成される粒体であっても、上記の粒体の性質を大きく損なわないシリカ含有比率範囲（例えば、３０質量％以下）であれば、適用することができる。
【００６０】
封止材５の粒径は、好ましくは直径１０μｍ以上５００μｍ以下が好ましい。この粒径範囲よりも小さい場合、弁体２の開閉動作時の弁箱１中に、弁体２に随伴して粒体の巻き上げを生じ、作動ガスと共にガス流出管４から粒体が流出するので好ましくない。また、粒体の粒径がこの範囲よりも大きい場合、粒体による封止性が極端に悪化するので好適でない。封止材５の形状は、大半の粒体において、略球形であることが好ましい。略球形とは、粒体の個々の粒子の真球度（粒子の表面に外接する最小球面と粒子表面との半径方向の最大距離）が粒子半径の概ね２０％以下の粒子であり、かつ、鋭利な角部を有しない形状であればよい。このような粒子は、積層した際の充填率を高くすることができるので、封止性を確保する観点から封止材５として好適であり、また、流動性に優れるので弁体２を封止材５に埋没させる際の抵抗が小さい点でも封止材５として有利である。
【００６１】
略球形の粒子は、転動造粒法、噴霧乾燥造粒法、又は、溶射法等によって形成することができ、市販のものを用いることができる。一方、例えば、破砕法によって製造された粒子は、粒子表面に鋭利な部位を有するので、封止材５として好適ではない。好ましい粒子の粒体を用いた場合、例えば、弁閉止の状態で、ガス流入管側空間１９とガス流出管側空間２０との間で例えば１００Ｐａの差圧が与えられた場合でも、封止材層を通じて流通する作動ガスの流速を１ｍｍ／秒以下にすることができ、弁の高い封止性を確保することができる。
【００６２】
封止材５には、金属ガリウムを主体とした液体金属を用いることができる。金属ガリウムの融点は２９℃であり、沸点は２０００℃以上であるので、加熱炉３３の炉温を上記融点以上に維持することにより、作動ガス温度が常温から１２００℃の範囲で封止材５が液相を維持できる。例えば、９００℃における金属ガリウムの蒸気圧は、０.１Ｐａ程度以下と極めて低いので、封止材５の蒸発によって生じ得る数々の不具合、例えば、逆止弁２７の下流側設備内で封止材５が凝固した付着物となることを回避することができる。
【００６３】
ここで、前記主体とは、液体金属中の金属ガリウムが５０質量％以上を占めるものを指し、上記の金属ガリウムの性質、特に、常温程度以下の低温融点、かつ、ウェットＣＯＧの操作温度よりも十分に高温の沸点を有するという利点を大きく損なわない範囲で、微量の不純物又は添加物が金属ガリウムに含まれ得る。例えば、金属ガリウム６８．５質量％、インジウム２１．５質量％及び錫１０質量％を含有する液体金属は、成分中でガリウムが大半を占め、かつ、融点が−１９℃、沸点が１３００℃以上であり、金属ガリウムの性質を大きく損なうとは言えないので、本実施形態でいうところの金属ガリウムを主体とした液体金属に含まれる。また、不純物を合計約１質量％のオーダで含み得る再生ガリウム等の材料も、常温程度以下の低温である融点、かつ、ウェットＣＯＧの操作温度よりも十分の高温である沸点という条件を満たす限り、本実施形態でいうところの金属ガリウムを主体とした液体金属に含まれる。
【００６４】
封止材５に金属ガリウムを用いる場合、酸化性の作動ガスに対しては、液体ガリウムが表面から酸化して酸化ガリウムの硬い表層が生じ、弁の開閉動作を阻害し得ると共に、金属ガリウムの損耗を生じる問題がある。また、金属ガリウムは凝固する際に膨張するため、弁の不使用時に弁を周囲から均一に冷却すると、金属ガリウム表面から凝固を生じ、内部に閉じ込められた液体が後に凝固する際、強い圧力を発生して容器を破壊する可能性がある。
【００６５】
これらの問題を回避するために、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、窒化珪素、炭化珪素のうち、１種又は２種以上の組み合わせを主体とした粒体を、封止材５である金属ガリウムの上に積載することができる。これらの粒体は、いずれも金属ガリウムよりも密度が小さいので、金属ガリウム上に安定した層を形成する。粒体を積載する際には、強く撹拌すると金属ガリウム中に粒体が取り込まれてしまうので、粒体は、金属ガリウム上に静置すべきである。このような粒体を金属ガリウム上に積載することで、金属ガリウム表面上での通気を阻害して金属ガリウムの酸化を抑制することができる。また、金属ガリウム上の粒体層は断熱材として機能して、弁を冷却する際に金属ガリウム表面を保温するので、凝固は、表面以外の容器壁から生じて最後に金属ガリウム表面が凝固する。よって、上述の容器破損の問題を回避することができる。なお、金属ガリウム上の粒体は、互いに自由に分離可能なので、弁体２の粒体層の通過を妨げないように粒体を配置することができる。
【００６６】
粒体層（封止材５）の厚みは、１ｍｍから１００ｍｍの範囲が好ましい。この範囲よりも薄い粒体層の場合、通気性が高く、保温性も低いので粒体層の効果が著しく減少する。この範囲よりも厚い粒体層の場合、弁体２が粒体層を通過する際の抵抗が大きくなり、弁の開閉を阻害する可能性があるので好ましくない。粒体の粒子直径は、１０μｍ以上かつ５００μｍ以下であることが好ましい。この範囲よりも小さい粒子の場合、弁箱１内部で粒子の飛散を生じ易いので好ましくない。また、この範囲よりも大きい粒子の場合、通気性を阻害する能力が極端に低くなるので好ましくない。
【００６７】
なお、封止材５は、本実施形態において述べた種類のみに限定されるものではない。例えば、高純度の酸化タングステンは高温で安定性の高い物質であるので、これを所定の粒径で大量に製造できれば、本発明での封止材に適用することができる。
【００６８】
以上説明のように、本実施形態の骨子は以下の通りである。
（１）すなわち、本実施形態のコークス炉ガス熱間処理設備（石炭乾留ガス熱間処理設備）は、複数のコークス炉窯（石炭乾留装置）２１ａ〜２１ｃから抽気したウェットＣＯＧ（コークス炉ガス、石炭乾留ガス）を７００℃以上かつ１２００℃以下の流入温度で熱間処理することによって所望の物質またはエネルギを得る。そして、このコークス炉ガス熱間処理設備は、コークス炉窯（石炭乾留装置）２１ａ〜２１ｃ毎に設けられた抽気管２６と；これら抽気管２６のそれぞれに設けられた逆止弁２７と；各抽気管２６が接続された集合管２８と；この集合管２８に接続されたＣＯＧ処理装置（石炭乾留ガス処理装置）２９と；を備える。さらに、各抽気管２６、各逆止弁２７、集合管２８、及びＣＯＧ処理装置（石炭乾留ガス処理装置）２９が、加熱炉３３内に形成される７００℃以上かつ１２００℃以下の加熱雰囲気内に設けられている。そして、各コークス炉窯（石炭乾留装置）２１ａ〜２１ｃ、各抽気管２６、各逆止弁２７、集合管２８、そしてＣＯＧ処理装置（石炭乾留ガス処理装置）２９の順で、ウェットＣＯＧ（石炭乾留ガス）が流される。
【００６９】
（２）さらに、このコークス炉ガス熱間処理設備は、コークス炉窯２１ａ〜２１ｃから各逆止弁２７の入口までの間にそれぞれ設けられ、各コークス炉窯２１ａ〜２１ｃ内における第１の圧力を測定する炉内圧力計３４と；各逆止弁２７の出口から集合管２８までの間に設けられ、集合管２８内における第２の圧力を測定する集合管圧力計３５と；前記第１の圧力及び前記第２の圧力が入力され、これらの差圧を算出して各抽気管２６における逆流の発生を検知すると共に、各抽気管２６ｃのうち、コークス炉ガスの逆流が発生している抽気管２６が有る場合に、この抽気管２６に設けられている逆止弁（仕切弁）２７を閉じる逆止弁制御装置３６と；をさらに備える。
【００７０】
（３）さらに、このコークス炉ガス熱間処理設備では、各逆止弁（仕切弁）２７のそれぞれが、弁箱１と；この弁箱１内の底部に設けられ、常温から９００℃までの温度範囲で耐熱性を有する封止材５と；弁箱１の内部でかつ封止材５の表面５ａよりも上方の内部空間Ａ１で開口するように、弁箱１及び封止材５を貫通するとともに、各コークス炉窯２１ａ〜２１ｃからのコークス炉ガスが流れ込むガス流入管３と；前記内部空間Ａ１で開口するとともに、前記内部空間Ａ１からＣＯＧ処理装置（コークス炉ガス処理装置、石炭乾留ガス処理装置）２９に向かってコークス炉ガスを排出するガス流出管４と；ガス流入管３の開口３ａを覆った状態で少なくともその開口部２ａが封止材５内に埋没する閉止位置と、封止材５より開口部２ａが取り出された開放位置との間で移動自在に配置された弁体２と；この弁体２を、前記閉止位置と前記開放位置との間で移動させる弁体昇降装置（弁体移動装置）８と；を備える。
【００７１】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例のみに限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明によれば、ウェットＣＯＧを高温に維持したままコークス炉ガス処理装置に供給すると共に、抽気ＣＯＧのコークス炉への逆流を防止することが可能な、高温石炭乾留ガス熱間処理設備及び高温コークス炉ガス熱間処理設備を提供することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１      弁箱
２      弁体
３      ガス流入管
４      ガス流出管
５      封止材
７      弁箱
８      弁体昇降装置
９      下流側主管路
１４    ベローズ
１６    炉壁
１８    蓋
１９    流入管側の空間
２０    流出管側の空間
２１    コークス炉窯
２２    水封弁
２３    スプレー装置
２４    ドライメーン
２５    上昇管
２６    抽気管
２７    逆止弁
２８    集合管
２９    ＣＯＧ処理装置
３０    冷却装置
３１    ブロワ
３２    ＣＯＧ精製装置
３３    加熱炉
３４    コークス炉内圧力計
３５    集合管圧力計
３６    制御装置
３７    遮断弁
３８    熱風発生装置
３９    熱風導管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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